利用氚含量研究皖北矿区深层地下水循环特征

皖北矿区位于淮北平原的北部,面积30000km^2。境内有皖北煤电集团和淮北矿业集团两个国家级特大型企业,是华东地区重要的煤炭基地。矿区随着开采逐渐向深部(-800～-1000m)延伸,矿井重、特大型突水事故频繁发生。矿区内主要水源有四种：新生界底部第四系含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原群灰岩含水层和奥陶系灰岩含     

松散承压含水层水文地质参数分区及水流场数值模拟

为了揭示华北型煤田松散承压含水层水文地质参数及其对地下水流数值模拟的意义,以安徽淮北煤田宿南矿区祁东煤矿松散层承压第四含水层(简称“四含”)为研究示范,对多个影响因素综合分析,采用层次分析-模糊综合评价法,对研究区四含水文地质参数进行分区,合理确定各分区的水文地质参数,并用于采煤情景下地下水流动态数值模拟。数值模拟结果表明：祁东煤矿2008-2012年浅部煤层开采过程中四含地下水流场没有明显改变,但南北分区水头差逐年增大,地下水流向始终从南向北,而且在井田北部水力梯度逐渐减小,在井田南部水力梯度逐渐增大,南北区以倾角为60°~70°、断距为10~320 m的魏庙断层为分界线,基岩中大倾角与大落差断层的出现是引起上覆松散承压含水层水力梯度异常的根本原因。     

采动影响下矿区地下水主要水-岩作用与水化学演化规律

煤矿开采势必破坏天然水化学环境,然而矿区多类含水层地下水系统水化学研究尚未从时空角度分析采动影响下水化学演化的本质。以临涣矿区为研究示范,基于历年常规水化学数据开展主成分分析,揭示采动影响下水化学演化过程中的水-岩作用机制。其中,第1主成分代表碳酸盐、硫酸盐溶解及黄铁矿氧化作用,第2主成分代表阳离子交替吸附及脱硫酸作用。采动影响下矿区主要突水含水层地下水碳酸盐、硫酸盐溶解及黄铁矿氧化作用均逐渐减弱,减弱区域不尽相同;然而,阳离子交替吸附及脱硫酸作用的变化规律不明显。研究成果为矿井突水水源识别和水资源保护与利用提供理论依据。     

开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落的模型试验研究

以某铜矿矿山一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,采用网格数字摄影测量方法量测模型剖面全场位移,分析了开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落随不同开挖步的变化规律。在模型试验中,开挖-75 m～-45 m之间的矿体,围岩扰动范围及地表下沉位移逐渐增大,第7步开挖完成后,采空区上方岩体开始出现离层,第9步开挖完成后,地表1～4测点之间形成一明显沉陷盆地,最大下沉位移达825 mm。模型试验研究的结果与现场及离散元数值计算结果基本吻合。     

脆性岩体岩爆倾向性的相似材料配比试验研究

坚硬脆性岩体具有岩爆倾向性。选取单轴抗压强度? c、抗压抗拉强度比? c /? t与冲击能量指数WB为岩爆概化指标。在制作岩爆模型材料时,采用石英砂、石膏、水泥、水、甘油和明胶等相似材料成分运用正交试验设计的原理进行配比试验,制作模型小试件。对模型小试件进行单轴抗压强度试验和劈裂试验,找出了各相似材料成分配比对试件? c、? c /? t与WB的影响特征,选取了合适的岩爆模型材料的配方。该配方力学指标稳定,既满足物理模拟岩爆的模型材料的要求,又便于一次性浇注大尺寸模型试件,较适用于大型物理模拟试验。     

深埋隧道围岩系统卸荷演化过程的Lyapunov指数分析

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性.根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变彤方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,引入混沌动力学理论对数值模拟的分析结果进行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Lyapunov指数,对其混沌形态进行了研究.实例分析表明:深埋隧道围岩系统卸荷演化呈现典型的混沌性态,且系统演化具有对初始条件的敏感性.     

高应力区隧道围岩变形破坏的数值模拟及物理模拟研究

隧道失稳和维护困难是高地应力隧道的普遍问题,对隧道的支护设计提出了更高的要求。研究从地下工程岩体应力环境变化和岩体强度变化的角度探讨了高应力隧道围岩的变形破坏机制。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。通过隧道的三维数值计算,分析了高应力环境下隧道周边塑性区分布、应力场、位移场等的分布特点,得到了高应力隧道围岩在高地应力环境下的破坏规律。通过物理模型验证了高应力隧道围岩的破坏特点,并进行了超载试验,将其与数值模拟进行对比,进一步验证了所建数值模型的科学性。     

皖北矿区深层岩溶水微量元素主成分分析

在皖北矿区采取了2 2个深层地下水水样,测试Ag、Al、As、Ba等2 0种微量元素,建立了主成分分析模型。根据元素相关性、特征值与累计方差贡献率,进行了地下水的微量元素主成分分析和地下水主成分解释。在此基础上建立了皖北矿区主要突水水源4个主成分的判别表达式,从而得出结论:矿区地下水,特别是四含、太灰与奥灰3个突水含水层微量元素的质量浓度与4个主成分息息相关,可以简单地把第一、二、三、四主成分概括为地下水的溶滤作用、越流作用、河流补给作用、构造裂隙补给作用。      

皖北矿区煤层底板岩溶水水化学特征研究

分析了皖北矿区煤层底板岩溶水常规离子水化学特征,并采用常规离子水质浓度梯度和Ca2+水化学平衡两种分析方法,对皖北矿区岩溶系统水循环特征进行了研究,指出岩溶水系统在矿区内TDS和△[Ca2+]值由北向南呈逐渐增高的趋势,北部有一个低TDS与△[Ca2+]值带,南部有两高TDS与高△[Ca2+]值带。      

矿区深部含水层水-岩作用的同位素与水化学示踪分析

为了有效揭示华北隐伏型煤矿区煤炭开采进程中深部含水层水-岩作用机制,本文以淮北煤田宿县-临涣矿区为研究示范,收集与采集1985～2011年期间矿区松散层第四含水层、煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层深部地下水样166个,分析与测试87Sr/86Sr、34S、13C同位素以及Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-、SO2-4、CO2-3等常规组分,并开展基于同位素与水化学的水-岩作用示踪与分析。研究成果表明:在矿区主要充水含水层中,煤系砂岩裂隙含水层脱硫酸与阳离子交替吸附作用最为显著,而松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层与奥陶系岩溶含水层黄铁矿氧化或地下水硬化最为显著;受煤炭开采影响,煤系砂岩裂隙含水层、奥陶系岩溶含水层主要水-岩作用逐渐减弱,松散层第四含水层、石炭系太原组岩溶含水层主要水-岩作用或增强、或减弱,增强或减弱的程度取决于井田基岩面标高、主要断层的展布形态与隔水性能以及煤层开采扰动范围等。